毕业论文-分布式库房系统设计.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 题目题目： 分布式库房系统设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10 自二 评阅教师： 职称： 2014 年 6 月 SJ005-1 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 摘摘 要要 此分布式库房系统的设计是以单片机为核心，配合温湿度传感器 (AM2302） ，带有 LCD1602 液晶显示屏的显示电路，超温潮湿报警电路，按键电路和串口通信电路等相关 的外围电路以及上位机（ PC）的显示而组成的系统。由这些器件和模块组成的系统可 以监测仓库内环境中的温度和湿度信号，并将测的的数据实时显示出来，这样，负责 库房安全的人员可以通过系统外接的 LCD1602 液晶电路显示的数据或者上位机（ PC） 界面上显示的数据，及时了解仓库环境的温度和湿度情况，并根据这些测的的数据， 进行相应的操作。所有的测量步骤除了在设计的系统的外部电路上可以进行，也可以 通过上位机的控制软件来实现。由温湿度传感器得到的测量信号，经内部的电路处理， 转换为单片机可以识别的信号后，直接送入单片机，然后经过单片机的分析处理后送 外部显示装置显示。 为了操作的方便性，亦或者为了能够实现对系统的远程控制，本系统还采用RS- 232 串口模块与上位机（PC）相连接，实现上位机和下位机的通信，这样可以在上位 机的界面上设置温度、湿度的警戒值，也可以实时显示温湿度的采样值，并将其存入 上位机的数据库中，便于以后对于数据的操作处理。 关键词关键词：单片机，温度传感器，湿度传感器，LCD 显示，PC 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 ABSTRACT The design of the distributed storage system based on single chip microcomputer as the core, with temperature and humidity sensor (AM2302), with the LCD1602 LCD display circuit, over temperature and wet alarm circuit, key circuit and serial communication circuit and related peripheral circuit and upper machine (PC) display and composition of the system.The system Maded up of these components and modules can monitor warehouse environment temperature and humidity signal, and test data real time display, in this way, responsible for warehouse safety personnel can through the system of external circuit LCD1602 LCD display data or upper machine (PC) shown on the interface of data, timely understanding of the warehouse environment temperature and humidity conditions, and according to the measured data, for the corresponding operation.All the measuring steps in addition to the design of external circuit can be in the system, also can be done by PC control software.Measuring signals, which are obtained by temperature and humidity sensor, the internal circuit processing, into a single chip microcomputer can identify the signal, directly into the single chip microcomputer, then after dealing with the single-chip computer analysis of the external display device. For the convenience of operation, or in order to realize the remote control of the system, this system also adopts RS - 232 serial interface module connected to PC (PC), realize the communication of upper machine and lower machine, it can be set on the upper machine interface warning value of temperature, humidity, can also display samples values of temperature and humidity, and deposited in the database on a PC, it easy for the operation of the data processing in the future. Key words: microcontroller, temperature sensors, humidity sensors, LCD display, PC 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 背景.1 1.2 国内外研究现状及发展趋势.1 1.3 设计的目标.2 1.4 设计的主要工作.2 1.5 本章小结.2 第二章第二章 设计方案设计方案.3 2.1 系统总体设计框图.3 2.2 系统单个子系统框图设计.3 2.3 器件选择.4 2.3.1 单片机.4 2.3.2 温湿度传感器.4 2.3.3 显示模块.5 2.3.4 按键模块.6 2.3.5 报警模块.6 2.3.6 串口通信模块.6 2.4 本章小结.7 第三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计.8 3.1 系统硬件电路.8 3.1.1 单片机最小系统.8 3.1.2 温湿度信号采集处理电路.9 3.1.3 声光报警系统电路.9 3.1.4 显示电路.10 3.1.5 串口通信电路.10 3.1.6 按键电路.11 3.2 本章小结.12 第四章第四章 软件设计软件设计.13 4.1 主程序流程图.13 4.2 系统各个模块运行流程图.14 4.2.1 温湿度传感器运行流程图.14 4.2.2 LCD1602 显示器运行流程图.14 4.2.3 按键运行流程图.16 4.2.4 报警电路运行流程图.17 4.2.5 串口通信流程图.18 4.3 上位机系统总体设计.19 4.4 软件系统各个模块设计.20 4.4.1 软件界面设计.20 4.4.2 登录模块设计.22 4.4.3 显示系统当前时间设计.26 4.4.4 实时显示模块设计.28 4.5 本章小结.30 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 第五章第五章 系统调试和结果分析系统调试和结果分析.31 5.1 单片机调试及分析.31 5.2 上位机调试及分析.31 第六章第六章 总结总结.32 第七章第七章 致谢致谢.33 参考文献参考文献.34 附录附录.35 1. 仿真原理图.35 2.硬件原理图.36 3.上位机显示图.37 4.单片机程序.38 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 背景背景 伴随着社会科技的进步，整个社会的生产效率也随之提高，越来越多的商品被快 速生产出来，因此，许多的商品在不使用的时候，就需要将它们储藏起来，因而先进 的储藏技术是必不可少的。如果储藏物品仓库的环境不合适，很容易造成储藏物的浪 费，造成资源的浪费，从而给企业造成极大的经济损失。由此看来，高精度，高灵敏 性的仓库环境检测仪器是物品在储藏的过程中是不可缺少的，而这些检测仪器的使用 是离不开高精度的传感器技术和快速发展的网络技术的发展和支持。由此看来，本论 文来源于生产生活实践。 1 1. .2 2 国国内内外外研研究究现现状状及及发发展展趋趋势势 进入二十一世纪后，计算机应用技术、传感器技术、数字电路技术、模拟电路技 术和网络通信技术的快速崛起，各种各样的监控系统现在广泛应用于第一线的工业和 农业生产等领域，并扮演着举足轻重的地位，在此同时，仓库环境监控技术的研究在 软件、硬件等方面都有了一定的突破。 刚开始，以热敏电阻，湿敏电阻，光敏电阻等元器件作为早期传感器器件，通过 专业的检测仪器，检测其电阻阻值的变化，从而来反映仓库环境（诸如温度，湿度， 光强）的变化，为检测仓库环境的变化提供参考依据。而在确保系统的工作的准确性 方面，通常通过采用人工测量，人工抄录相结合的原始方法。在对仓库储藏物进行相 应的晾晒，通风，加湿，喷洒药剂等防止因存储不当引起的仓库环境异常及虫害这些 现象时，也是采用最原始的人工的办法。这样，虽然达到了对仓库物品的安全存储， 但是消耗了大量的人力、物力、财力，并且效率很低。这最近的几十年里，经过我国 的广大科研工作者辛勤的工作，不断地研发，探索和努力，将我国的检测技术推上一 个新的高度。随着我国的检测技术的不断完善、进步，逐步形成了多样化，立体式的 仓库环境检测系统，加快了安全、科学，高效的储藏技术的步伐。 目前，国内生产的仓库环境监控系统种类繁多，系统结构也不尽相同。在仓库的 内环境检测、储藏物的内部环境检测及分析，通风机械等外部设备的控制等方面，相 比以前的技术而言，有了长足的进步，但仍有很大的上升空间。 国外的仓库内环境监控系统相对国内的技术而言比较先进，主要体现在以下几个 方面： （1）传感器的测量精度、器件的响应时间、工作的稳定性、系统功能多样性还是 适用场合方面，国外的技术水平比国内的技术先进。 （2）在构成系统整体的测控技术和管理方面，无论是系统的硬件还是软件，都普 遍采用相应的标准模块集成实现，而且这些模块的准确性和稳定性都比较符合现在的 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 2 生产水平，当然这些也早已实现组态，反观国内，这些还有待解决，并且必须清醒的 认识到，要实现这些，还有很长的路要走。 （3）就系统结构而言，普遍已经采用网络连接的现场总线技术 (FCS)，在有些特 定的场合，可以直接与智能网络（ Internet）连接，从而实现系统的远程控制、远程 诊断。 分布式库房系统设计的内环境检测控制系统从系统控制的角度来看，属于纯滞后 控制，目前这一技术在国外已经比较成熟。目前着力于高精度，高性能，多功能，立 体式的环境监控系统是大势所趋，而提高系统工作的可靠性、反应的灵活性，操作的 简编性和降低系统的制作成本也是需要考虑的重点。随着研究的不断深入，系统在记 录、通信、报警、控制等方面的自动化和智能化的性能也将逐步提高。 1.31.3 设计的目标设计的目标 本设计目标为完成库房环境监测系统的监测，使其成为一个以单片机为核心、 利 用温度、湿度传感器将温度和湿度转换为电信号的控制系统 ，从而对仓库的温度和湿 度进行实时监控。 在论文中，还介绍了软件设计部分。在毕业设计的实物中采用模块化结构，主要 模块有：液晶显示模块、按键处理程序、温度信号处理程序、湿度信号处理程序、超 温报警程序和超湿报警程序。 本毕业设计的主要优点是具有硬件结构简单、软件容易操作、体积小、工作性能 稳定、系统工作流程清晰、信号处理精确 ,并能实现数据在上位机上的实时显示。 1 1. .4 4 设计的主要工作设计的主要工作 （1）设计本系统，使其能够及时检测库房温湿度，库房温度跨度在 1424， 要求该系统检测到的温度分辨率达到 0. 1级别，而库房的湿度应控制在 45%60%之 间； （2）本系统采用单片机来实现控制各从站的工作； （3）系统检测到超过预期温度和湿度的上下限时，具有声光报警功能； （4）系统能与各从站及上位机通讯实现操控与数据处理； （5）在上位机上采用 VB 编程实现上位机人机界面，便于采集和分析数据。 1.51.5 本章小结本章小结 本章主要介绍了课题的来源背景资料，国内外对本课题的研究现状及发展趋势， 此次设计的目标和本设计需要完成的主要工作。 设计方案 3 第二章第二章 设计方案设计方案 2 2. .1 1 系系统统总总体体框框图图设设计计 分布式库房系统的设计是有多个相似的子系统相互组合而成的，其中每个从站可 以实现与上位机的通信，库房的总体框图如图 2-1 所示： . 图 2-1 分布式库房设计总体框图 2.22.2 系统单个子系统框图设计系统单个子系统框图设计 本系统的单个子系统主要由以下功能模块构成：中央控制处理器（单片机）； 数据采集系统（温度传感器，湿度传感器） ，显示模块（液晶显示屏），报警电路 （蜂鸣器） ，键盘控制系统（温度和湿度的上下限数值设置）以及上位机（PC） 显示。 单个控制系统总框图如图2-2 所示： 温度传感器 蜂鸣器报警 湿度传感器 单片机 图 2-2 基于温度传感器和湿度传感器的仓库温湿度监测系统方框图 控制室显示界面 从站一 从站二从站三 从站 N 按键电路 液晶显示 232 上位机 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 4 2.32.3 器件选择器件选择 2.3.12.3.1 单片机单片机 图 2-3 89C52 本设计系统的核心是单片机。采用单片机实现本系统的设计，经过考虑，采用 AT89C52 单片机实现。其中 AT89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除的只读存储器 （FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory） ，并且具有低电 压、高性能的 8 位微处理器，俗称单片机。由于将具有多功能的 8 位 CPU 和存储速度 极快的闪存组合在同一个芯片中，因此使得 ATMEL 系类中的 AT89C52 成为一种高效的 微控制处理器器。鉴于单片机的这些结构上的特点，使得 89C 系列的单片机成为很多 种类的嵌入式控制系统需要高灵活性而且廉价的设计方案的首要选择。 2.3.22.3.2 温湿度传感器温湿度传感器 由于该系统在检测仓库温湿度的时候，需要满足的要求是库房内环境中 温度检测 的全量程 1424，分辨率为 0. 1；内环境中湿度检测的范围是 45%60%RH，所以， 经过考虑，采用 AM2302 温湿度传感器就可以满足设计要求。 AM2302 温湿度传感器是一款含有已校准 的，输出的是数字信号的温湿度复合传感 器，属于数字式的智能温湿度采集模块 。为了保证产品的品质，使每一个 AM2302 在 运行时具有极高的可靠性和在工作时具有长期的稳定性，每一个传感器的制作时都采 用了专门的温湿度传感技术，湿度传感技术和数字模块采集技术。 每一个 AM2302 数 字式温湿度传感器内部的组成，剖析开来关键构成是 一个电容式的感湿元件和一个 NTC 测温元件，并且每一个传感器内部都与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产 品具有品质卓越、短响应时间、强抗干扰能力、高性价比等优点，使其成为满足各种 情形下甚至环境极其恶劣的场合的最佳选择。AM2302 的各种参数如表 2-2 所示。 表 2-2 AM23021 性能说明 参数条件最小值精度最大值单位 设计方案 5 湿度 0.1 %RH 分辨率 16 Bit 25 3 %RH 精度 050 5%RH 采样周期 12 S 响应时间1/e(63%)25， 1m/s 空气 2 S 迟滞 0.3 %RH 长期稳定性典型值 1 %RH/yr 温度 0.1 分辨率 16 Bit 精度 0.5 量程范围 -40 100 响应时间 1/e(63%)6 20S 2 2. .3 3. .3 3 显示模块显示模块 图 2-4 LCD1602 在本系统设计中，由于采集的温度信号需要精确到小数点后一位，而且要便于观 察者进行读数，所以，采用 LCD1602 就可以实现。 LCD1602液晶也叫 LCD1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号 等的点阵型液晶模块。组成它的是很多个 5X7或者5X11的点阵字符位，每一个的点阵 字符位都可以显示一个字符。每一个点阵字符位之间有一个点距的间隔，每一行之间 也有一个固定的间隔。这些间隔就起到了字符间距和行间距的作用。所谓任何物件都 有它的两面性，又方便处也有为难处， LCD1602显示模块也不例外。LCD1602之所以不 能很好地显示图形，正是因为它这样分布的点阵。 LCD1602是指显示内容的格式为 16X2,即可以显示两行，每一行有 16个字符液晶模块，可以显示对应的字符和数字。这 是由于 LCD1602的每一行可以显示16个字符，所以，它可以很好的满足系统显示的要 求，能完整地显示测量到的温度和湿度数值，也可以将系统预设置的温度和湿度极限 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 6 值显示在屏幕上。 2 2. .3 3. .4 4 按键模块按键模块 系统开始工作后，单片机将先前设置的温度和湿度警戒值传送LCD1602 内部， 经过 LCD1602 内部电路对接收到的信号进行相应的处理后，将处理后的数值显示到 显示屏上。如果将此系统用于测量其他环境的参数时，需要改变温度和湿度的警戒 上下限值，此时通过系统外部的按键电路模块，就可以改变这些预设值，从而达到 所需的检测要求。采用外部的按键，操作简单方便。这样一来，本检测系统还可以 应用于不同的检测场合。 2 2. .3 3. .5 5 报警模块报警模块 现在大部分的智能控制系统中，基本上都是由微型计算机控制的，因此为了生 产过程的安全，在一些重要的参数设置或系统运行部位，往往会设有报警系统，用 于提醒操作人员注意系统的异常情况，以便于采取相应的紧急措施。 现在智能系统中的报警模块的关键就是将计算机接收到的数据或把经过计算机 的数据处理、图像的数字滤波等等一系列的转换之后的数值与这些参数预先设置好 的，并存储在计算机中的上限和下限极限值进行比较，不管是温度还是湿度信号， 如果高于各自的上限极限值（或低于下限极限值）则控制中心发出信号，驱动报警 电路报警各自的报警模块工作，不然就作为系统采样的正常值，正常进行显示和操 作。 本系统设计中，报警电路模块中的声音报警器采用峰鸣器。报警电路的接口电 路中的报警器只需购买市场上出售的压电式蜂鸣器，然后经过单片机的1 根口线， 驱动蜂鸣器驱动器，从而发出警报声。压电式蜂鸣器约需10mA 的驱动电流，因此 可以使用 TTL 系列集成电路 7406 或 7407 低电平进行驱动，也可以用一个晶体三极 管驱动蜂鸣器的工作。而报警电路模块中的光线报警器则采用一般的发光二极管， 因为这种发光二极管需要的驱动电流比较小，由单片机出来的信号完全可以使发光 二极管发光，从而达到光线报警的作用。发光二极管和蜂鸣器并联连接，这样，二 者可以同时工作。 在本系统中，为了区别报警电路工作时是因为超温原因还是超湿原因，因此在 硬件电路的设计时，将这两种情况区别开来。每一种的报警电路中，都有一个蜂鸣 器和发光二极管，这样，二者工作时互不影响，在蜂鸣器工作时无法区别是什么原 因时，通过观察相应的发光二极管的状态，就可以判断出来。如此一来，就能让负 责仓库的安全人员直观的知道什么原因导致的报警。 2 2. .3 3. .6 6 串串口口通通信信模模块块 在本次设计的分布式库房系统中，使用单片机作为下位机，需要把“温度测 设计方案 7 量值” 、 “温度设定值 ” 、 “湿度测量值 ” 、 “湿度设定值 ”四种数据发送到上位机。 为了方便上位机接收由下位机传送上来的数据，单片机在发送数据时，将每一个数 据分为高低两个字节，并按照 “温度测量值的高字节 ” 、 “温度测量值的低字节 ” 、 “温度设定值的高字节 ” 、 “温度设定值的低字节 ” 、 “湿度测量值的高字节 ” 、 “湿 度测量值的低字节 ” 、 “湿度设置值的高字节 ” 、 “湿度设置值的低字节 ”的次序依 次发送。同时因为单片机需要接收由上位机传送过来的“温度设置值 ”和“湿度 设置值” ，所以选用串口接收中断方式。 在现代工业的智能控制中，串口通信的应用越来越广泛。在进行数据交换时， 经常使用单片机和 PC 机之间串口通信。在进行串行通信时，就需要通信双方都采 用一个标准接口， 典型的串行通标准是 RS-232和 RS-485，它们定义了电压 ,阻抗 等一些物理特性，但不对软件协议给予定义。RS-485接口是采用平衡 驱动器和差 分接收器的组合形式，增强其抗共模干扰的能力，即抗噪声干扰 性较好。而且 RS-485接口的最大传输距离标准值为 4000英尺（约 1219米） ，实际上可达 3000米， 另外 RS-232接口在总线上只允许连接 1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在 总线上是允许连接多达 128个收发器，即具有多站能力 ,这样用户可以利用一个 RS-485接口，比较方便地建立起设备网络。 在实际的工业生产线中，考虑到可能会需要进行远程控制，因此距离可能会比 较长，所以，实际的工业生产线中大多采用RS-485。但是由于 PC 机上不带有 RS-485 的接口，要是想通过 PC 机获得 RS-485 的串口，就需要将 RS-232 转换为 RS-485。在实际生产中，可以通过 通过 RS-232/RS-485 转换电路或者通过 PCI 多 串口卡这两种方法将 PC 机串口的 RS-232 信号转换为所需要的 RS-485 信号。综 合上述这些，为了方便，本系统采用串口RS-232，从而实现串口通信。图2-5 所 示就是 RS-232 串口： 图 2-5 RS-232 串口 2.42.4 本章小结本章小结 本章根据所设计系统的要求，制定了相应的设计方案，并根据所涉及系统的要 求和所制定的设计方案，选取相应的元器件或者模块，并对所使用到的元器件或者 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 8 模块进行相应的介绍。 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 9 第三章第三章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 3.13.1 系统硬件电路系统硬件电路 3.1.13.1.1 单片机最小系统单片机最小系统 如图 3-1 所示是本分布式库房系统检测部分中的单片机最小系统。 图 3-1 单片机最小系统 A A、复位电路、复位电路 单片机上电后，当振荡器正在运行时，只要持续给单片机 RST 引脚不少于两个机 器周期的高电平，便可实现对单片机系统的复位，外部按键复位电路是为内部复位电 路提供两个机器周期以上的电平而设计的。系统采用上电自动复位，上电瞬间由于电 容器上的电压不能突变，因此单片机 RST 引脚上的电压是 Vcc 上的电压与电容器上的 电压之差，因而在上电瞬间引脚 RST 上的电压与 Vcc 上的电压相同。随着充电的进行， 电容器上的电压不断上升， RST 上的电压就随着时间持续下降， RST 引脚上只要保持 10ms 以上高电平，系统就能有效复位。电容 C 可取 1033uF，电阻 R 可取 1.210k。在本系统设计中，C 取 10pf,R 取 10k。 B B、振荡电路、振荡电路 片内振荡器的反相放大器的输入和输出端分别由连接XTAL1 引脚和 XTAL2 引 脚组成的电路构成，单片机的这两个引脚通过外接石英晶振或陶瓷晶振以及补偿电 容 C1、C2 构成并联谐振电路。单片机的最小系统中，外接电容C1、C2 的容量大 小会影响振荡器频率的稳定度、起振时间及温度的平稳性。因此在设计电路板时， 晶振和电容应靠近单片机芯片，以便减少寄生电容，从而保证振荡器稳定可靠地工 作。 在本硬件系统设计中，为保证串行通信波特率的误差，选择了11.0592MHz 的标准石英晶振，补偿电容C1、C2 的容量值为 33pF。 系统硬件电路设计 10 C C、存储方式的选择、存储方式的选择 EA接高电平，因此选用片内程序存储器。 3.1.23.1.2 温湿度信号采集处理电路温湿度信号采集处理电路 如图 3-2 所示是本分布式库房系统 检测部分中的温湿度信号采集处理电路。 图 3-2 温湿度信号采集处理电路 本系统实现的主要功能就是检测仓库内环境的温度和湿度，然后根据所搜集到的 数据进行相应的处理，因此温度和湿度信号采集系统是本系统的一个关键组成模块。 本系统要求的温度分辨率为 0.1，所以采用 AM2302 温湿度传感器或 DHT21 温湿 度就可以达到设计的要求。将温湿度传感器相应的管脚接上电源之后，管脚2 直接和 单片机 P1.2 引脚相连接，就可以将采集到的温度和湿度信号传入单片机，经过单片机 的进行相应的处理后，在将处理后的数据传送到其它相关的模块中去。本系统采用 AM2302 数字式温湿度传感器实现对仓库内环境中温度和湿度信号的采集。 3.1.33.1.3 声光报警系统电路声光报警系统电路 如图 3-3 所示是分布式库房系统检测部分中的声光报警电路。 图 3-3 声光报警电路 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 11 在温度和湿度超过库房设置的警戒值时，也就意味着超过了单片机中预设置的温 湿度数值，此时系统中的声光报警电路开始工作。为了防止从单片机中出来的信号强 度无法启动这个报警电路，可以采用三极管放大电路或者 使用 TTL 系列集成电路 7406 或 7407 低电平进行驱动，以增大该报警电路模块中的驱动电流，从而保证报警系统工 作的可靠性。 3.1.43.1.4 显示电路显示电路 如图 3-4 所示是本分布式库房系统 检测部分中的显示电路。 图 3-4 显示电路 为了便于观察者的观察和记录，亦为了帮助观察者的提前操作，因此设置系统显 示电路也是相当重要的，显示电路需要需要保证能将单片机处理完的信号全部显示出 来，才能保证该系统在正常工作。本系统由于温湿度采集处理的分辨率为0.1，所以 采用 LCD1602 显示电路就可以满足系统的要求。 LCD1602 接线简单，在将 LCD1602 上 的驱动管脚接上驱动电源后，相应管脚与单片机上的接口直接连接，就可以显示单片 机处理的数据。液晶显示器上面一行显示温度检测值和温度设置值，下面一行显示湿 度检测值和湿度设置值。 3.1.53.1.5 串口通信电路串口通信电路 图 3-5a 串口通信电路 系统硬件电路设计 12 如图 3-5a 所示，是本分布式库房系统 检测部分中的串口通信电路。 内部含有一个可编程的，全双工串行通信接口的单片机 AT89C52，具有通用串行 数据总线的全部功能。该串行接口电路不仅能同时进行数据的发送和接收，在一些需 要的场合，可以作为一个同步移位寄存器使用。 上下位机在进行异步通信时，只有分别在各自的时钟电路（ TCLK 和 RCLK）控制 下，才能进行相应数据的发送和接收，数据的发送不是随便的，是有协议的，该协议 是进行串口通信的双方的波特率必须保持与传输字符位数相同。 MCS-51 串行口的发送 和接收时钟频率可由两种不同方式产生，一种是由主机频率经分频后产生，另一种方 式是由内部定时器 T1 或 T2 的溢出率经过 16 分频的处理后提供。 如图3-5b 所示是本分布式库房系统检测部分中的上位机与下位机的接线方法。 图 3-5b 上位机和下位机的接线方法 3.1.63.1.6 按键电路按键电路 如图 3-6 所示是本分布式库房系统检测部分中的按键电路。 图 3-6 按键电路 本系统设计的按键电路模块采用四个按键，可任意调整上下限报警的温度值和湿 度值，操作简单，系统方便实用。 其中，K1 键和 K2 键为控制温度的按键，按下 K1， 可以使预设的温度警报值上升，按下 K2，预设的温度警报值下降； K3 键和 K4 键为控 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 13 制湿度的按键，相应的，按下 K3，预设制的湿度警报值上升，按下 K4，预设制的湿 度警报值下降。温度和湿度每一次调整的幅度都是 1。在按键模块的每一次操作在系 统的显示电路上都会显示，方便操作者的查看。系统的按键电路模块的四个按键分别 与单片机的 P1.3P1.6 相连接。 3.23.2 本章小结本章小结 本章主要介绍了本分布式库房系统设计中的硬件电路的组成部分。该系统设计的 核心是单片机，本系统采用 AT89C52,然后通过各种功能的元器件或者能实现系统预期 功能的集成模块分别与单片机相应的管脚连接，给单片机烧入能实现系统各种功能的 程序，接通电源后，单片机驱动外部的各种硬件电路，由这些外接的模块或者元器件 相互协调工作，从而实现系统预期设计的目标。 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 14 第四章第四章 软件设计软件设计 4.14.1 主程序流程图主程序流程图 单片机上电后，烧入内部的程序则立刻运行起来，外部的按键通过中断，将需要 设置的参数重新输入单片机内，串口也是采用中断的方式，实现上下位机的通信。 开始 系统初始化 定时 1S 采集温度和湿度 串口发送数据 超过警戒值 串口接收中断 按键设定报警值 LCD1602 显示 测量值超过警戒线 系统报警 结束 N Y N Y 图 4-1 主程序流程图 软件设计 15 4 4.2.2 系统各个模块运行流程图系统各个模块运行流程图 4.2.14.2.1 温湿度传感器运行流程图温湿度传感器运行流程图 开 始 初始化 读取设备 发送起始信号 等待传感器相应信号 读取设备 连续读取四十位数据 数据校验 更新温湿度值 等待固定采集周期 固定采集时间到 结 束 采集结束 无响应信号 有响应信号 校验错误 校验正确 N Y Y N 图 4-2 温湿度传感器运行流程图 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 16 AM2302 数字化温度传感器是高度集成的单总线式的，采用简化的单总线通信，具 有连接简单，精度高，体积小、功耗低，抗干扰能力强等优点。本系统采用AM2302 测量库房的温度和湿度。单片机的 P1.2 口作为其控制口，与其 DQ 端口连接。根据 AM2302 必须严格遵守其读/写时序的特点，并且必须按照其单总线操作协议采集温度 和湿度数据。SDA 用于微处理器与 AM2302 之间的通信和同步，一次传送 40 位数据， 高位先出。 4.2.24.2.2 LCD1602LCD1602 显示器运行流程图显示器运行流程图 本系统为 分布式库房系统 ，主要是监测库房内的温度和湿度，因此需要将温 开 始 初始化 设置显示 定时器时间到 是否忙碌 写指令 是否忙碌 写数据 显 示 结 束 N N N Y Y Y 图 4-3 LCD1602 显示器运行流程图 软件设计 17 度、湿度以及温 度和湿度设置值显示出来， 方便用户使用 ，因此采用 LCD1602 作为显示器件， P0 口为数据口， P2 口为控制口。液晶第一行显示温度湿度值，第 二行显示设置温湿度值。 4.2.34.2.3 按键运行流程图按键运行流程图 本设计采用四个键，可任意调整上下限报警的温度和湿度，简单实用。 其中，K1 键和 K2 为控制温度的按键，按下 K1，可以使预设的温度警报值上升，按下 K2，预设 的温度警报值下降；K3 键和 K4 键为控制湿度的按键，相应的，按下 K3，预设制的湿 度警报值上升，按下 K4，预设制的湿度警报值下降。四个按键分别与单片机 P1.3P1.6 口相连接。 开 始 有键按下 延时去抖动 K1 按下 温度警戒值加 1 温度警戒值减 1 K2 按下 结 束 N Y Y N N Y 图 4-4a 温度警戒值设置流程图 开 始 有键按下 延时去抖动 K3 按下 湿度警戒值加 1 K4 按下 湿度警戒值减 1 结 束 图 4-4b 湿度警戒值设置流程图 N N N Y Y Y 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 18 4.2.44.2.4 报警电路运行流程图报警电路运行流程图 在温度和湿度超过仓库的警戒线时，也就超过了单片机中预设置的温湿度数值， 此时系统中的声光报警电路开始工作，为了防止从单片机中出来的信号无法启动这 个报警电路，所以采用三极管放大电路，增大该报警电路的驱动电流，从而保证报 警系统工作的可靠性。温度报警灯由单片机P1.0 口控制，湿度报警灯由单片机 P2.0 口控制，蜂鸣器则由单片机P1.7 口控制。 开 始 程序初始化 温度测量值高于温度报警值 灯亮，报警器报警 湿度测量值高于湿度报警值 灯亮，报警器报警 结 束 N Y N Y 图 4-5 报警电路运行流程图 软件设计 19 4.2.54.2.5 串口通信流程图串口通信流程图 在分布式库房系统中，单片机作为下位机，需要把 “温度测量值” 、 “温度设定值” 、 “湿度测量值” 、 “湿度设定值”四种数据发送到上位机。为了上位机处理数据的方便， 在发送数据时，将每个数据分为高低两个字节，按照 “温度测量值高字节” 、 “温度测 量值低字节” 、 “温度设定值高字节” 、 “温度设定值低字节” 、 “湿度测量值高字节” 、 “湿度测量值低字节” 、 “湿度设置值高字节” 、 “湿度设置值低字节”的顺序依次发送。 同时由于单片机需要接收上位机传送过来的 “温度设置值”和“湿度设置值”所以采 用串口接收中断。串口通信采用集成的 RS-232 模块，将模块上的引脚与单片机相应的 开 始 初始化串口 串口发送入口程序 定时器 T0 定时 1S 发送温湿度信号 结 束 开 始 初始化串口 上位机发送数据 产生串口接收中断 串口接收温湿度设置值 设置值显示到 LCD1602 结 束 N Y N Y 图 4-6a 串口发送数据流程图 图 4-6b 串口接收数据流程图 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 20 引脚相连，即可完成通信的硬件连接。 由 RS-232 串口组成的半双工网络，一般采用两线制的方法，传输介质多采用屏蔽 双绞线。在由 RS-232 串口模块组成的通信网络中，主从通信方式是其大多采用的方法 ，即每一个主机各自带一个从机。在很多情况下，连接 RS-232 通信链路时只是简单 地用一对双绞线将各个接口的 “A” 、 “B”端连接起来，现实的生产生活中采用一根串 口线就简单可以实现串口通信的线路。 4 4. .3 3 上位机系统总体设计上位机系统总体设计 本次设计主要是要实现对仓库温湿度的实时采集和监控，以及上位机的显示， 因此会使用到串口通信的相关知识。系统采用上位机显示，就要涉及到上位机显示 界面的设计。因为本系统采集的数据比较多，所以采用表格。因为这是一个完整的 系统，所以设计了 “软件界面 ” ， “登录界面 ”等模块。由于以上模块的建立，使得 该系统的上位机部分，具有了一般软件所具备的功能。建立上位机处理系统的目的 是对下位机采集到的数据可以进行二次处理。预期上位机能实现如下功能： 1. 与库房温湿度检测单片机系统进行数据通信； 2. 将测量到的数据存入上位机的数据库中； 3. 实现温度和湿度信息库的查询、显示、报表生成等处理。 仓库温湿度检测及信息管理系统模块框图如图4-7 所示： 用户注册用户注册 软软 件件 界界 面面 登登 录录 模模 块块 系系 统统 主主 界界 面面 实时显示画面实时显示画面 显示系统时间显示系统时间 图 4-7 仓库温湿度检测及信息管理系统模块框图 软件设计 21 4.44.4 软件系统各个模块设计软件系统各个模块设计 4.4.14.4.1 软件界面设计软件界面设计 运行本系统时，首先都要启动本软件，因此都要点击启动窗口，向读者显示一些 基本的信息。软件界面的设计如下： 1. 启动 VB6.0 并新建标准工程文件，单击添加窗口按钮再添加一个窗口 Form2； 2. 在窗口 Fprm1 上添加一个标签框 Label 和一个计时器 Timer1。然后设置窗体 Form1 的 BorderStyle 属性、Picture 属性和 StartUpPosition 属性；设置标签框 Label1 的 Caption 属性、名称属性、Autosize 属性和 BackStyle 属性；设置计时器 的 Interval 属性，设置结果如表 4-4a 所示： 表 4-4a 窗体 Form1 及控件属性设置 对 象属 性属 性 值说 明 BorderStyle0-None将窗体 Form1 设置为无边框 PictureBitmap在窗体中加载一幅图片Form1 StartUpPosition2-屏幕中心程序启动后，使窗体位于屏幕中 心 Caption软件界面设置标签框的标题 名称|b|1设置标签框的名称 AutosizeTure使标签框能够自动改变大小Label BackStyle0-Transparent使标签框的背景设置为透明 Timer1Interval100时间间隔为 100ms 3. 在窗体 Form2 上添加一个标签框 Label,然后设置窗体 Form2 的 StartUpPosition 属性；设置标签框 Label 的 Caption 属性、Autosize 属性、Font 属性和 Forecolor 属性,设置结果如表 4-4b 所示： 表 4-4b 窗体 Form2 及控件属性设置 对 象属 性属 性 值说 明 Form2StartUpPosition 2-屏幕中心程序启动后，使窗体位于屏幕中 心 Caption 欢迎学习 VB设置标签框的标题 AutosizeTure 使标签框能够自动改变大小 Font 经典空趣体简，粗体， 三号 设置标签框中文字的字体，字形， 字号 Label Forecolor